自從18世紀60年代的第一次工業革命之後,人類對能源的需求便與日俱增。石油、煤、天然氣等,都是人類賴以生存的不可再生能源,但是它們終有一天將被開採耗盡。到那時,地球上的人類將會面臨嚴重的能源危機和環境危機。
因此能源問題一直是世界各國都高度重視的基礎科學研究問題。長期以來,科學家們一直在苦苦找尋數量大、汙染少的新能源,以維持人類社會的可持續發展。
而太陽,這個在古希臘神話中被稱為"天火"的宇宙中的神秘天體,已經默默地燃燒了50多億年,沒有太陽就沒有地球上的萬物。如果我們能製造出"太陽",用它巨大的能量為人類服務,那是否能解決未來的能源問題呢?因此科學家們一直在研究「人造太陽」技術,所以讓我們一起來了解一下「人造太陽」技術吧!
你知道太陽和許多其他的恆星為什麼會不斷發光並釋放能量嗎?這其實是核聚變的結果,太陽的直徑比地球大109倍,質量比地球重33萬倍,太陽的巨大質量產生的引力,把高溫等離子體約束在一起,發生核聚變反應,並將核聚變反應持續下去。
可控核聚變研究裝置的遠離和太陽發光發熱的原理相同,所以又被稱為「人造太陽」,其中利用磁約束來實現受控核聚變的環形容器又叫託卡馬克裝置。
大家知道核能包括裂變能和聚變能兩種主要形式。裂變能是重金屬元素的原子通過裂變而釋放的巨大能量,已經實現商用化,如核電站等。但核裂變需要的鈾等重金屬元素在地球上含量稀少,而且常規裂變反應堆會產生長壽命放射性較強的核廢料,這些因素限制了裂變能的發展。
另一種核能形式是目前尚未實現商用化的聚變能,核聚變是由氘、氚離子聚合成氦,聚合中損失的質量轉化為超強能量。氘在地球的海水中藏量豐富,多達40萬億噸,如果全部用於聚變反應,釋放出的能量足夠人類使用幾百億年,而且反應產物是無放射性汙染的氦。
並且由於核聚變需要極高溫度,一旦某一環節出現問題,燃料溫度下降,聚變反應就會自動中止。也就是說,聚變堆是次臨界堆,絕對不會發生類似前蘇聯車諾比核電站的事故。因此,聚變能是一種無限的、清潔的、安全的新能源。
12月4日14時02分,新一代「人造太陽」裝置——中國環流器二號M裝置(HL-2M)在成都建成並實現首次放電,標誌著我國自主掌握了大型先進託卡馬克裝置的設計、建造、運行技術,為核聚變堆自主設計與建造打下堅實基礎。
中國環流器二號M裝置是我國目前規模最大、參數最高的先進託卡馬克裝置,是我國新一代先進磁約束核聚變實驗研究裝置,採用更先進的結構與控制方式,等離子體體積達到國內現有裝置2倍以上,等離子體電流能力提高到2.5兆安培以上,等離子體離子溫度可達到1.5億度,能實現高密度、高比壓、高自舉電流運行,是實現我國核聚變能開發事業跨越式發展的重要依託裝置,也是我國消化吸收ITER(國際熱核聚變實驗堆)技術不可或缺的重要平臺。
由於「人造太陽」技術實現商業化還有較長的路,這種技術常被戲稱為是一項距離成功「永遠還有50年」、「永遠還有30年」的技術。但是發展「人造太陽」技術,不僅是為了解決當前的能源危機,更是為了人類的未來和地球的未來,致敬那些奔跑在逐日路上的新時代「夸父」們!